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1、混凝土工艺学第4讲：混凝土外加剂为什么要使用外加剂？单纯依靠调节水、水泥和骨料用量，难以解决下列技术问题用水量与良好和易性间的矛盾；施工操作对凝结时间、放热速度、强度增长的要求；耐久性对低连通孔隙率的要求。外加剂是解决上述问题，改善混凝土性能，以满足工程特殊要求的重要技术途径；现在有7080以上的混凝土使用了外加剂。外加剂的作用 改善混凝土拌合物的和易性；加快或延缓凝结时间；控制强度增长；提高抗冻融、热开裂、碱骨料膨胀、硫酸盐侵蚀和钢筋锈蚀等作用下的耐久性；节约水泥用量，降低成本；减少放热速度，控制温升。高铁，三峡大坝都离不开“减水剂”1.减水剂的作用机理？2.引气剂的作用机理？根据减水率大小
2、或坍落度增加幅度分为：普通减水剂：减水率为5-10%高效减水剂：减水率大于10%1.减水剂减水剂科普作用机理静电斥力空间位阻润滑作用 1.1 减水剂的作用机理主要适用于萘系、三聚氰胺系和改良的木质素磺酸盐。对水泥浆的分散作用吸附、静电斥力（电位）和分散。（1）静电斥力作用机理 减水剂作用简图 水泥拌水后的絮凝结构 聚羧酸大分子在水泥及其水化产物上的吸附形态主要以主链吸附而侧链分散分布在液相中，呈梳状柔性吸附成网状结构，这种结构具有较高的空间位阻效应。侧链上带有的众多亲水活性基团使水泥颗粒与水的亲和力增大，水泥颗粒表面溶剂化作用增强，水化膜增厚。2.空间位阻聚羧酸脂系高效减水剂的作用机理(空间位
3、阻)3.润滑作用极性微气泡及水膜所起润滑作用示意图 高效减水剂的极性亲水基团定向吸附于水泥颗粒表面，又以氢键形式与水分子缔合，再加上水分子之间的氢键缔合，构成了水泥微粒表面的一层稳定的水膜，阻止水泥颗粒间的直接接触，增加了水泥颗粒间的滑动能力，起到润滑作用，从而进一步提高浆体的流动性。问题：试从水泥浆的组成与分散体结构，分析减水剂的作用机理？没有减水剂时，水泥加水后，不能获得均匀分散体系，产生絮凝结构：n水具有高表面张力(氢键分子结构)n水泥颗粒边、角和表面正负电荷间的相互吸力加减水剂前的絮凝结构部分拌合水包含其中，不能贡献给水泥浆的流动性。加入减水剂后，减水剂分子吸附在水泥颗粒表面，作定向排
4、列，组成了单分子或多分子吸附层，使水泥浆结构发生了以下变化：水泥颗粒表面带相同电荷，相互间的静电斥力使水泥颗粒易于分散减水剂分子链上的极性基团使水泥颗粒表面溶剂化层增厚，产生空间位阻，增加了水泥颗粒间的滑动能力，减少了粘滞性，增加润滑性水泥颗粒易于湿润，自动粘聚能力减弱，塑化能力增强1.2 减水剂与水泥的适用性1、水泥矿物成分2、水泥碱性和细度3、石膏4、减水剂自身因素 C3A含量越低，其适应性越好。反之亦然。掺量一样的同种减水剂，碱性越高，流动性越差。水泥颗粒越细，所需的减水剂量越多。二水、半水石膏和硬石膏的溶解度和溶解速度不同，在混合物中C3A和SO42-之间的平衡将影响减水剂的效果。掺量
5、和形态，如掺量过高会推迟强度增长和降低强度。不能让劣质原材料的重担都由减水剂承担定义 在混凝土搅拌过程中能引入大量均匀分布、稳定而封闭的微小气泡，起到改善混凝土和易性，提高混凝土抗冻性和耐久性的外加剂。引气减水剂：减水率达到10以上的引气剂。2.引气剂混凝土的气泡是由搅拌作用产生的。2.1 引气剂的作用机理1.混凝土的引气及气泡的形成过程n掺与不掺引气剂，在搅拌混凝土过程中引入空气并被碎散形成气泡的作用是一样的。n使引入的空气易于形成微小气泡。n 防止气泡兼并增大、上浮破灭，保持微小气泡稳定，均匀分布在混凝土中。2.2 引气剂的作用机理降低液气界面张力作用气泡表层液膜之间的静电斥力作用水化膜厚
6、度及机械强度增大作用微细固体颗粒沉积气泡表面形成的“罩盖”作用 掺入引气剂后，降低了液气界面张力，即使气泡不相互兼并增大，体系总的液气界面积保持不变，整个体系的液气界面自由焓不增大，或者还有所降低，体系处于热力学较为稳定的状态。GS=AGS：液气界面自由焓：液气界面张力A：液气界面积GS稳定（1）降低液气界面张力作用 离子型表面活性剂作为引气剂时，分子在水中电离成阴、阳离子，气泡表面液膜带相同的负电荷，气泡之间产生静电斥力，阻止气泡进一步靠近，提高气泡的稳定性。（2）气泡表层液膜之间的静电斥力作用引气剂在气泡表面吸附时非极性基深入气相，极性基留于液相吸附了引气剂分子的气泡表面水化膜增大，机械强
7、度提高，气泡表面黏度及液膜弹性增大当气泡碰撞接触时，气泡间液膜便不易排液薄化，同时气泡的弹性变形还有利于抵消气泡所受的外力作用（3）水化膜厚度及机械强度增大作用 阴离子型引气剂会吸收和集中在气泡表面，气泡成了气固液三相气泡固体颗粒“罩盖”薄膜使气泡表层膜厚度增大，机械强度和弹性提高“罩盖”薄膜使气泡靠近时水化膜更不易排液薄化，气泡更难兼并增大阻止气泡上浮和凝聚，大量微小气泡能稳定、均匀地分布在混凝土拌合物中（4）微细固体颗粒沉积气泡表面形成的“罩盖”作用2.3 引气剂对混凝土性能的影响引气剂对新拌混凝土性能的影响改善新拌混凝土的工作性，使水泥砂浆体积增加，增强了润滑作用，提高了流动性含气量每增
8、加1%，坍落度增加10mm左右阻止了固定颗粒的沉降和水分上升，改善了新拌混凝土的保水性及泌水性水泥用量和坍落度不变，每增加含气量1%，28天抗压强度降低2%-3%水灰比不变，每增加含气量1%，28天抗压强度降低5%-6%掺引气减水剂，混凝土的强度可以不降低或略有提高引气剂对硬化混凝土性能的影响掺引气剂或引气减水剂，混凝土内部产生适量微小气泡，改善混凝土的耐久性混凝土的抗冻融循环性能显著提高，延长混凝土结构的使用寿命提高抗冻融循环性能 掺引气剂或引气减水剂，混凝土用水量减小，泌水沉降率降低，硬化浆体中大毛细孔减少，集料浆体界面结构改善，泌水通道、沉降裂纹减少气泡占据了混凝土中的自由空间，破坏了毛细管的连通性提高混凝土的抗渗透性问题：减水剂与引气剂均是表面活性剂，那么，减水剂是否可当引气剂用？为什么？答：不能！因为减水剂没有稳泡作用，减水剂分子中的碳氢链是极性，与水有较强的相互作用；而引气剂分子的碳氢链是非极性的，完全憎水！